[发明专利]光固化树脂基陶瓷复合材料及陶瓷胚体脱脂方法

说明书

本发明公开了一种光固化树脂基陶瓷复合材料及陶瓷胚体的脱脂方法。通过优化设计树脂体系，使得能够在保持体系反应活性的同时，提高陶瓷浆料体系透射深度，减少成型尺寸误差；同时使得陶瓷胚体层间结合力及其与打印平台之间粘结力增加，减少陶瓷胚体与平台的脱离和陶瓷胚体表面的裂纹。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备领域，更具体地涉及用于增材成型的光固化树脂基陶瓷复合材料及由其制备的陶瓷胚体的脱脂方法。

背景技术

增材制造(也称为“3D打印”)是一种用数字文件生成三维物体的制造过程。在3D打印的过程中，一层层的材料被逐次叠加起来，直到形成最终的物体形态。每一层可以看作这个物体的一个很薄的横截面，而每层的厚度则决定了打印的精度，层的厚度越小，打印的精度越高，打印出来的实体与数字模型本身越接近。

增材成型的精度及效率与增材材料有着非常密切的关系，增材材料是增材制造领域中的一个研究热点。其中，陶瓷材料对于各种结构和建筑应用均具有优异的性能，诸如良好的耐热性、弹性、塑性、拉伸强度、抗压强度及剪切强度等，3D打印陶瓷能省去传统手工塑型制模的整个过程，以更高的精度完成传统陶瓷工业无法实现的三维结构，具有成型速度快，可打印复杂部件及个性化产品成本低等优点，且性能稳定，具有无菌等特点，可用于制备光线连接器用的陶瓷插针、电子陶瓷器件、多空陶瓷过滤件、陶瓷牙齿等尺寸小、形状复杂、精度高的产品，因此，增材成型用陶瓷材料目前成为一个重要的增材开发方向。例如，在CN201610398978.7号中国发明专利申请中公开了一种三维打印复合材料，其中指出在光固化树脂中添加陶瓷粉末形成的复合材料，可以借助光固化成型(SLA)或者数字化光处理(DLP)打印出表面直接具有陶瓷光泽和质感的物体。

CN201510590675号中国发明专利申请中对陶瓷浆料的组分进行了改进，提供了一种在浆料的固体含量低于40vol％时仍然能够用于制造高致密陶瓷的方法。CN201710035091号中国发明专利申请中公开了一种用于光固化的陶瓷浆料的制备方法，其中提出将25-85vol％的陶瓷粉体分散到15-75vol％的光敏树脂预混液体系中来获得具有高固相含量和低粘度的陶瓷浆料，从而解决由于固含量不高导致最终陶瓷制品收缩率高而引起的裂纹或变形等问题。US2015/0111176A1公开了一种树脂复合材料及其使用方法，其中从两种引发剂和吸收剂的最大吸收波长方面对材料组分进行了改进。

然而，现有的增材成型用光固化陶瓷复合材料中通常要求加入45-65vol％的陶瓷粉体材料。高含量的无机惰性粉体材料，使得陶瓷浆料体系粘度较大，文献资料表明，适合DLP 3D打印成型的陶瓷浆料体系的粘度应＜3Pa.S。本发明人经研究发现，陶瓷浆料体系粘度超过1Pa.S时，打印平台和陶瓷胚体与料槽离型膜的粘结力过大，出现陶瓷胚体与打印平台频繁脱离的现象；发明人经研究还发现，高惰性粉体含量的陶瓷复合材料固化后各组分收缩不均匀，复合材料固化后存在较大的应力，进而引起复合材料固化后内部黏结力下降，且层间应力的存在使得陶瓷胚体表面出现裂纹。同时，陶瓷粉体的加入大大减弱了有机粘结剂与打印平台的粘结力，粘结力下降也是导致打印成型过程中频繁出现陶瓷胚体与打印平台的脱离的重要原因，造成打印失败。此外，在现有的增材成型用光固化陶瓷复合材料中，陶瓷粉体与树脂粘结剂之间的折射率差异导致的光散射，也是导致陶瓷浆料增材成型过程中精度产生偏差的主要原因。

发明内容